一种群体移动物联网机器人控制方法与流程

技术特征：

1.一种群体移动物联网机器人控制方法，本方法的核心思想是令物联网机器人的控制函数中包含时间项，使其成为关于时间的函数，当时间改变时控制函数也随之变化；此外，考虑到实际的机器人群体中存在成员分工不同及通信延迟，允许各机器人个体在同一时间点受不同函数驱动，以此进一步增加算法灵活性；其特征在于：

以下给出算法实现细节：

设集合S_V＝{(V_x1+V_y1),(V_x2+V_y2),…,(V_xn+V_yn)}代表位置移动类控制函数集，V_x1,V_x2,…,V_xn为不同类型的关于位置的函数，用于指定机器人在二维空间中向x轴方向的位移，V_y1,V_y2…,V_yn同上，用于指定y轴方向的位移；设集合S_O＝{O₁,O₂,…,O_m}代表其它类型控制函数集，O₁,O₂,…,O_m为控制机器人实现除位置移动外的某种特定功能的控制函数；令S＝{C_t1E₁,C_t2E₂,…,C_tNE_N}代表各种子控制函数的集合，其中1≤N≤m+n，E₁,E₂,…,E_N表示不同类型的子控制函数，各函数均应取自S_V或S_O，即E_i∈S_V∪S_O,1≤i≤N，参数用于引入时间变量t；在任意时刻t，作用在某机器人个体上的控制函数f(t)表示为：

$f\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{C}_{ti}{E}_i$

上式表示在任意时刻t，作用于一个可控机器人个体上的子控制函数有且只有一个，t₀,t₁,…,t_N将时间分为N段，当t从t₀到t_N变化时，集合S中的子控制函数将在每个时间段内依次对机器人个体产生作用，轮流主导机器人行为。

2.根据权利要求1所述的一种群体移动物联网机器人控制方法，其特征在于：合理规划集合S中的子控制函数实现丰富的、随时间变化的控制功能；任何能够控制机器人实现某种特定功能的控制函数均可作为集合S中的子控制函数。

3.根据权利要求1所述的一种群体移动物联网机器人控制方法，其特征在于：除提前规划外，集合S中的子控制函数还可实时、动态地进行增减，以满足复杂多变的实际工作需求。

4.根据权利要求1所述的一种群体移动物联网机器人控制方法，其特征在于：任何能够控制机器人实现某种特定功能包括但姿态调整、数据采集、通信及各类与周围环境交互的动作。

5.根据权利要求1所述的一种群体移动物联网机器人控制方法，其特征在于：本方法应用于物联网机器人控制时基本控制流程如下，

S1.物联网机器人接收外部指令，规划任务及任务时间，即构建或修改控制函数集合S；

S2.根据规划准备一项新任务，即设置或变更控制函数，任何控制函数都应取从上一步中构建或修改的控制函数集合S中选取；

S3.执行当前任务，即机器人在当前控制函数作用下行动；

S4.检查是否有修改指令的请求，即是否需要修改或重建控制函数集合S；若为是，则转至步骤S1，若为否，则继续下一步；

S5.判断当前任务是否已耗尽预定时间，即是否已超出当前控制函数作用的时间范围；若为是，则进行下一步，若为否，则转至步骤S3继续执行当前任务；

S6.判断当前任务是否为预定的最后一项任务；若为是，则流程结束，若为否，则转至S2准备下一项任务。

6.根据权利要求1所述的一种群体移动物联网机器人控制方法，其特征在于：物联网机器人集群运动控制中，当个体间同时存在吸引及排斥的相互作用时，每个个体能够在特定距离下达到受力平衡，而这可以成为群体构成稳定阵型的保障，建立如下控制函数模型：

$V_{\mathrm{xi}}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{k_j^{\left(i\right)}(x_j-x)}{\sqrt{{(x_i-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\→}{\mathrm{\ι}}$

$V_{\mathrm{xi}}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{k_j^{\left(i\right)}(y_j-y)}{\sqrt{{(x_{\text{j}}-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\→}{j}$

V_xi,V_yi分别用于指定机器人沿x轴和y轴方向的位移，分别为x轴和y轴方向的单位向量，x,y为该机器人的当前坐标，x_j,y_j代表该机器人附近其他第j个机器人的坐标，如果该机器人附近有M个其他机器人，则j为1到M之间的整数；k为比例系数，当该机器人互相位于对方的吸引区内时，引力占主导地位，相应的k应取一负数，当机器人间距在平衡区内时，两机器人间无互相作用力，k为0，否则斥力占主导地位，k取一正数；设定不同的引力区，平衡区及排斥区范围即可实现不同的控制效果；

现考虑如下情形：在二维环境中随机放置若干物联网机器人，个体在t₀时刻处于静止状态，此时控制函数表示为:

V_x1＝0

V_y1＝0

在时间点t₁时各物联网机器人接收外部指令进行必要的初始化设置，在t₂完成操作，本阶段控制函数设为O₁；

之后各机器人根据指令执行聚拢操作，此阶段控制函数取为：

$V_{\mathrm{xi}}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{k_j^{\left(i\right)}(x_j-x)}{\sqrt{{(x_i-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\→}{\mathrm{\ι}}$

$V_{y2}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{k_j^{\left(2\right)}(y_j-y)}{\sqrt{{(x_j-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\→}{j}$

$k_j^{\left(2\right)}=\left\{\begin{array}{cc}-6,& d_j\<10\\ 0,& 10\≤d_j\≤30\\ 2,& d_j\≥30\end{array}\right.$

的取值表示当受控机器人与周围第j个机器人的间距d_j<10时两个体相互排斥，d_j≥30时两个体相互吸引，排斥作用强于吸引作用以避免碰撞；聚拢完成后希望各个体有序分散，重新构成相对松散的阵型，设这一行为在时间点t₃开始，t₄点结束，则此阶段控制函数可取为：

$V_{x3}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{k_j^{\left(3\right)}(x_j-x)}{\sqrt{{(x_i-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&iota;}}$

$V_{y3}=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{k_j^{\left(3\right)}(y_j-y)}{\sqrt{{(x_j-x)}^2+{(y_j-y)}^2}}\stackrel{\&RightArrow;}{j}$

$k_3=\left\{\begin{array}{cc}-6,& d_j\&lt;60\\ 0,& 60\&le;d_j\&le;90\\ 2,& d_j\&GreaterEqual;60\end{array}\right.$

综合考虑以上各阶段函数，令S_V＝{(V_x1+V_y1),(V_x2+V_y2),(V_x3+V_y3)}为位置移动类控制函数集，S_O＝{O₁}为其他类型控制函数集，则S＝{C_t1E₁,C_t2E₂,C_t3E₃,C_t4E₄}，其中

E₃＝(V_x2+V_y2),在任意时刻t，作用在某机器人个体上的控制函数表示为：

$f\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}{C}_{ti}{E}_i$

上述控制函数作用于物联网机器人实现集群阵型控制。